Destilación . Equilibrio (Soluciones Binarias)materias.fi.uba.ar/7605/Archivos/OPIII-Unidad 5-Destilacion-15-04... · fracción de cualquiera componente en el vapor en equilibrio

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Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia

• Destilación . Equilibrio (Soluciones Binarias)

1 Facultad de Ingenieria - UBA

Soluciones Ideales:

Raoult: La presión parcial de un componente A en una mezcla está relacionada con la concentración de ese componente en la mezcla liquida. (P°A es la presión parcial de A puro)

AAA PxP *

Para una mezcla que sigue la ley de Raoult la presión total de la misma puede hallarse como la suma de las presiones parciales de cada componente en la mezcla.

BAT PPP

@ T1




Dalton: Presión parcial del componente A en una mezcla de gases es igual a la Presión Total por la fracción molar del componente .

TAA PyP *

De la combinación de ambas leyes podemos obtener la dependencia de la fracción de cualquiera componente en el vapor en equilibrio en función de la concentración de ese mismo componente en la mezcla liquida.

AAA

T

AAAATAA xKx

P

PyPxPyP ****

B

T

BA

T

ABA x

P

Px

P

Pyy **1

Sabemos que se cumple.

BA

BTA

PP

PPx

)1(** ABAAT xPxPP


Diagramas a Puntos de Ebullición (P Cte)



Volatilidad Relativa


A

A

A

A

A

A

A

A

B

B

A

A

BB

AAB

x

x

y

y

x

yx

y

x

yx

y

P

P

K

K A

1

1

1

1

AAAB

A

A

A

AAB

A

A

A

A

AAB

yx

x

y

y

x

x

y

y

x

x 11

)1(1)1(

11 **

*

A

AAAB

AAB

AAAB

AAB

AAB

Ay

xx

x

yx

x

x

x

)1(

1)1(

*

*

*

*

*

)1(1 **

*

ABA

AABA

x

xy




Soluciones Reales:

Henry: La presión parcial de un componente A en una mezcla está relacionada con la concentración de ese componente en la mezcla liquida a través de la constante de Henry (valido para xA 0

HxP AA *

BAT PPP

@ T1




Soluciones Reales:

Henry: La presión parcial de un componente A en una mezcla está relacionada con la concentración de ese componente en la mezcla liquida a través de la constante de Henry (valido para xA 0

HxP AA *

BAT PPP

@ T1

Facutad de Ingenieria - UBA 7



TB

Concentración

xa

Tem

per

atu

ra

TB

Concentración

xa

Tem

per

atu

ra

ya

Fracción molar

xa

Fra

cció

n m

olar

ya

Fracción molar

xa

Fra

cció

n m

olar

TB

Concentración

xa

Tem

per

atu

ra

TB

Concentración

xa

Tem

per

atu

ra

ya

Fracción molar

xa

Fra

cció

n m

olar

ya

Fracción molar

xa

Fra

cció

n m

olar

• Azeotropos: • Efecto de la presión sobre el Equilibrio




• Flash (recta q): Condición térmica de la alimentación

F, ZF

Calentamiento o expansión

V, y

L, x

F

Lqq

VLF

como define se

(1)

(3) *)1(* yFqxqFFzF

(2) *** yVxLzF F

V

L

zx F

Fz-y (2)y (1) de

xq

qzF*

)1(q)-(1 y (3)y (1) de

Ecuación de la Recta q




• Flash (recta q): Condición térmica de la alimentación

• Balance entálpico

xq

qzF*

)1(q)-(1 y (3)y (1) de

(4) *** VLF HVHLHF

)(

)(

VL

VF

HH

HHq

)(*)(

*)1(* L/Fq que dado

VLVF

VLF

HHqHH

HqHqH

)( 0

00

)(10

1

)( 1

tadosobrecalenvapor

saturadovapor

VL Mezcla

saturado líquido

osubenfriad líquido

mqHH

mqHH

mqHHH

mqHH

mqHH

VF

VF

LFV

LF

LF

l




#1

#2

#n

#1

#2

#m

F=L + V

V1

DL0

LnVn-1

1mVmL

1V nL

WL m Facutad de Ingenieria - UBA 11



• Método de McCabe-Thiele para la determinación de Np

Zona de enriquecimiento o rectificación

Zona de Agotamiento o stripping

Alimentación Hipótesis: lAlB,

Pérdidas de calor y Calores de disolución despreciables.




• Zona de rectificación

• Balance de Masa

#1

#2

#n

#1

#2

#m

F=L + V

V1

DL0

LnVn-1

1mVmL

1V nL

WL m

VVVVnVn

LLLLLn

xnVn

LnxD

Vn

Dyn

xnLnxDDynVn

LnDVn

12....1

012...

como

*1

*1

1

**1*1

1

(A) **1 nDn xV

Lx

V

Dy

Dn

Dn

Dn

xy

xV

LDy

xx

1

1 *

para

DLV 0




y

x xD

yn+1

RECTA DE OPERACIÓN SUPERIOR (R.O.S)

(B) ** xV

Lx

V

Dy D

La ecuación A vale para toda la zona de rectificación, por lo tanto la reescribimos como

Luego se definen dos relaciones de Reflujo Relación de reflujo Interno (Ri) Relación de reflujo externo (R)

V

LRi

D

LR

0

Con estas definiciones reescribimos la ecuación B de la siguiente manera:

**1( ) xRxRy iDi

(R.O.S) *1

*1

1x

R

Rx

Ry D

1R

xD

V

L




• Zona de Agotamiento

• Balance de Masa

#1

#2

#n

#1

#2

#m

F=L + V

V1

DL0

LnVn-1

1mVmL

1V nL

WL m

VVVVV

WLLLL

xV

Wx

V

Ly

VxWxL

VWL

mm

mn

w

m

n

m

nm

mmwnn

mn

121

21

1

*

1

1

1 1*

1

....

...

como

*

y**

(A2) **1 nWm xV

Lx

V

Wy

Wm

Wm

Wn

xy

xV

WLy

xx

1

1 *

para

LmWV 1mV




y

x xW

ym+1

RECTA DE OPERACIÓN INFERIOR (R.O.I)

La ecuación A2 vale para toda la zona de agotamiento, por lo tanto la reescribimos como

1R

xD

V

L

(R.O.I) ** xV

Lx

V

Wy W




• La torre completa

#1

#2

#n

#1

#2

#m

F=L + V

V1

DL0

LnVn-1

1mVmL

1V nL

WL m

W x**

Masa de Balance

WxDzF

WDF

DF

(R.O.I) ** xV

Lx

V

Wy W

(R.O.S) *1

*1

1x

R

Rx

Ry D

*xq)(

q

-q)(

z y

F

11

q Recta




• La torre Completa.




• Plato de alimentación óptimo




• Reflujo Total

mínimo

productos de generaciónhay No

F.hay No

límiteCondición

N

VL




• Reflujo mínimo

límiteCondición

N

• Efecto del reflujo en los costos




• Condensador Parcial




• Vapor Vivo




• Reboiller total Reboiller parcial




• Alimentaciones multiples • Extracciones laterales • Pérdida de calor • Eficiencia global • Eficiencia de Murphee (Ev)




• Alimentaciones multiples

F2, q2, ZF2

F1, q1, ZF1




• Alimentaciones multiples

xD / R +1




• Extracciones laterales




• Extracciones laterales




• Pérdida de calor




• Pérdida de calor







• Eficiencia



































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